Energiavaihtoehtoja hybridivoimalaan alustavaa tarkastelua

Transkriptio

1 Energiavaihtoehtoja hybridivoimalaan alustavaa tarkastelua Prof. Olli Pyrhönen LUT School of Energy Systems Huom! Laskentaesimerkit ovat suuntaa-antavia ja tarkoitettu vain keskustelun herättämiseen. Laskelmien taustatiedot sisältävät oletuksia, joita ei kaikilta osin ole tarkastettu. Siksi niiden tarkkuus ei riitä investointien kannattavuuden arviointiin, Eivätkä ne ole viittauskelpoisia kuten tarkastetut tieteelliset artikkelit.

2 PV järjestelmän komponenttihintoja

3 1. Monikidepiipaneeleiden hinta Monikidepiipaneelit yleisin markkinoilla käytetty tyyppi Esimerkki: Heckert SolarModule NeMo 60P 255 Nimellisteho 255 W Hinta verkkokaupassa 144,44 /kpl ( ) (alv 0%) Wattihinta 0,57 /W Takuu 10 v / 90% nimellistehosta Takuu 25 v / 80% nimellistehosta Hinnat edelleen laskevia!

4 2. Solarinvertterin hinta - Kiinteistökohtaisessa järjestelmässä perusteltua käyttää 3-vaiheisia miniinvertterejä (< 50 kw) - Rinnakkaislaitteilla korkeampi luotettavuus - Paneeleiden ryhmittely helpompaa - Esim. ABB Trio 20-TL-OUTD, hinta 2977 ( ) (alv 0%) - Wattihinta 0,15 /W - Takuu 5 vuotta - Hinnat edelleen laskevia, kiinalaisvalmistajilla selvästi alle 0,1 /W!

5 3. Asennustarvikkeet Kattoasennustarvikkeet - Liittimet sarjakytkentään kuuluu paneeleihin - Solarkaapeli 4 mm 2 hinta 0.86 /m - Kiinniketarvikkeet n. 20 /paneeli (viistokatto) - Maadoituskaapeli 6 mm 2 1 /m Keskusasennustarvikkeet - 3-vaiheinen johdonsuoja vikavirtasuojalla 40 A, 50 - PV-voimalan päävirtakytkin 3x40 A 17-3-vaihekaapelia

6 Aurinkosähköjärjestelmän kustannuksia

7 Esimerkkilaskelma Tavoitteena rakentaa 100 kwp aurinkovoimala, hinnat syksy 2016 Paneelit: Heckert Nemo 255W 392 kpl 144,44 /kpl Invertterit: ABB Trio 20-TL-OUTD 5 kpl 2977 /kpl Solarkaapelia 500 m 0.86 /m Maadoituskaapelia 200 m 1 /m Kiinnitystarvikkeita 392 paneelille 20 /paneeli Keskustarvikkeita 5 invertterille 200 /inu yhteensä Suunnittelu ja asennus, rahti arviolta Koko projekti (alv 0%)

8 Sähköenergian hinta Oletukset: Investointikustannus kapasiteettikerroin 9% Vuosittainen tehon alenema 1% Vuosittainen huoltokustannus 1500 * Pitoaika 25 vuotta Jäännösarvo 0 Korkotaso 3% Nykyarvoon diskontattu huoltokustannus Nykyarvoon diskontattu energiantuotanto 1410 MWh Sähköenergian hinta seuraavat 25 vuotta 9,2 snt/kwh Jos investointikustannus 60% oletetusta 6,4 snt/kwh AO vuosittainen huoltokustannus DR korkotaso RV- jäännösarvo = 0 SDR Vuosittainen tehon alenema Initial kwh Vuosituotto alussa N Pitoaika *) Huoltokustannus sisältää invertterin vaihdon

9 Lämpöä aurinkosähköstä

10 Lämmön tuotanto Oletukset: Käytetään koko PV-voimalan tuotanto lämmön tuotantoon Lämpöpumpun lämpökerroin 3.5 (0 C 30 C: 4.53, 0 C 50 C: 3.18)* Maalämpöpumpun hinta /35 kw = 1,714 /W heat = 6 /W el Huoltokustannukset 1500 /a Lämmön tuotanto diskontattuna nykyarvoon 4466 MWh Investointikustannus (100 kw sähköteho, 350 kw lämpöteho) Lämpöenergian hinta 25 vuoden aikana 16,6 snt/kwh *) Green Line HT+C lämpökertoimia

11 Lämpöä markkinasähköstä

12 Lämmön tuotanto markkinasähköstä Markkinasähkön hinta tällä hetkellä edullinen Oletettavaa on, että hintavaihtelut voimistuvat uusiutuvan lisääntyessä Kuorman ohjaaminen edullisille tunneille mahdollistaa alhaisen hinnan Esim. tammi-helmikuu 2016 halpoina tunteina hinta alle 20 /MWh Oletetaan, että aktiivisella tasesähkömarkkinaan osallistumisella päästään 20 /MWh keskihintaan Sähkön hinta 01-02/

13 Lämmön tuotanto markkinasähköstä Oletukset Sähkön hinta 20 /MWh Sähkön siirto 40 /MWh Lämpöpumpun lämpökerroin 3.5 (0 C 30 C: 4.53, 0 C 50 C: 3.18)* Maalämpöpumpun hinta /35 kw = 1,714 /W heat = 6 /W el Huoltokustannukset 1500 /a Lämmön tuotanto diskontattuna nykyarvoon 4949 MWh Investointikustannus (100 kw sähköteho, 350 kw lämpöteho) Lämpöenergian hinta 25 vuoden aikana 14,4 snt/kwh Jos lämpöpumpun investointi 50% oletetusta (0,85 snt/w), lämmön hinta 8,3 snt/kwh

14 Lämmön tuotanto tuulisähköstä Oletukset Kunnilla tuuliosuuskunta, josta sähkö ilman siirtomaksua Sähkön omakustannushinta 36 /MWh (Fortumin ennuste 2030) Lämpöpumpun lämpökerroin 3.5 (0 C 30 C: 4.53, 0 C 50 C: 3.18)* Maalämpöpumpun hinta /35 kw = 1,714 /W heat = 6 /W el Huoltokustannukset 1500 /a Lämmön tuotanto diskontattuna nykyarvoon 4949 MWh Investointikustannus (100 kw sähköteho, 350 kw lämpöteho) Lämpöenergian hinta 25 vuoden aikana 13,6 snt/kwh Jos lämpöpumpun investointi puolet oletusta, lämmön hinta 7,6 snt/kwh

15 Lämpöpumpun hinta-arvioita Lämpöpumpun laitteistohintoja Lämpökaivojen rakentamiskustannus merkittävä tekijä Onko mahdollista päästä kokonaiskustannuksissa alle 1 /W Suomessa? Oma investointi 2013: Fujitsu 4.8 kw ilmalämpöpumppu: 1500 asennettuna Ominaishinta 0.3 /W

16 Omakotiaurinkovoimala 28x235 W monikidepii paneelit P=6.1 kwp 255 N 165 S 16

17 Invertteri ja kytkennät PV plant main switch - Fuses 3x10 A - fault current protection 30 ma DC disconnector DC Input AC output 4 x 4 mm 2 5 x 2,5 S Internetkaapeli 17

18 Aurinkosähkön vuosijakauma Kesä-heinä-elo: 51% tuotannosta

19 Hybridivoimala?? CHP CHP Tuulivoima Aurinkolämpö + varasto PV-aurinkovoima Lämmön ja sähkön tuotanto ja varastointi PV-voimala Sähkövarasto Lämpöpumppu

20 Hybridivoiman haasteita Mahdollisuuksia Bioenergiaa saatavilla Suomessa metsähake, turve Aurinko- ja tuulisähkön hinta alenee merkittävästi 2020 luvulla Sähkömarkkinoilla hintaheilahtelu kasvaa, halpoja tunteja käytettävissä Uusiutuvan energian ajoitusongelma Suurin energian tarve talvella Aurinkoenergian tuotanto parasta keväällä ja kesällä Maalis-huhti-touko: 33%, Kesä-heinä-elo, 51%: syys-loka-marras 14%, joulu-tammi-helmi 2% Aurinkoenergian hyödyntäminen talvikuukausina edellyttää kemiallista varastoa Mahdolliset konversiot H 2 tai CH 4 Tuulisähkön tuotanto parhaimmillaan talvella

21 Ratkaisuvaihtoehtoja? Mahdollisia ratkaisuja saatavissa olevalla tekniikalla 1. Biolämpö + aurinkosähkö + lämpöpumput + lämpövarasto 2. Biolämpö + tuulisähkö + lämpöpumput +lämpövarasto 3. Biolämpö + markkinasähkö + lämpöpumput + sähkövarasto 4. BioCHP + aurinkosähkö/tuulisähkö + lämpöpumput + lämpövarasto 5. BioCHP + aurinko/sähkö + lämpöpumput + sähkövarasto 6. Kaukolämpö + lämmön priimaus lämpöpumpuilla + uusiutuva sähkö Tulevaisuuden skenaarioita 1. Uusiutuva sähkö H 2 CH 4 Kaasuvarasto Sähkö/Lämpö/Liikenne TEKESillä on tutkimushaku aiheeseen "integroidut ratkaisut uusiutuvan energian käytön lisäämiseksi", hakuaika päättyy tammikuussa KESKUSTELUA

22 Taustamateriaalia 6/2012

23 Lämpöpumppu+verkkosähkö Lämmön tarve ja aurinkosähkön tuotanto eivät kohtaa ajallisesti Kesällä osa sähköstä kannattaa myydä markkinoilla alentuneen lämmön kysynnän vuoksi lämpöpumppujärjestelmän elinkaari pitenee /huollon tarve vähenee Kannattavuus heikkenee, koska sähkön myyntikorvaus on alhainen Talvella aurinkosähkö ei riitä lämpöpumppukäyttöön Sähköä ostetaan markkinoilta, nykyhinnalla kannattavampaa kuin omatuotanto, lisäkustannuksena siirtomaksu Käytetään omaa tuuliturbiinia, ei siirtomaksua ennuste tuulisähkölle 2030: 36 /MWh* Lisälämpöä hakekattilalla, hinta kokeahko 90 /MWh Varastoimalla lämpöä maaperään kesällä voi lämpöpumppujärjestelmän tehokerrointa nostaa merkittävästi Hyödyntämällä akkuvarastoa voidaan päiväsaikaan tuotettu sähkö hyödyntää illalla PV-teknologian ja tuulivoiman hinnan laskevat edelleen *) Fortumin ennuste

24 Tuuli- ja aurinkoenergian hinta 2030